一种防止水力机械直联拦污装置被污物沾附、缠绕的方法与流程

本发明涉及水力机械拦污设备技术领域，尤其是涉及一种防止在流动水体底部工作的水力机械直联拦污装置被污物沾附、缠绕的方法。

背景技术：

在流动水体底部工作的水流能利用水轮机等原动机和河流、水渠等流动水体中作业的水泵工作机等水力机械（下面简称：在流动水体底部工作的水力机械）的前端，拦污装置是常备的设备。在上述水力机械的进水口一般均需设置拦污装置，用以拦阻水流中所夹带的动植物、工农业废弃物、生活垃圾、砂砾类粗大污物（下面简称：污物），保护上述水力机械不受损害，以保证其正常、安全运行。

在流动水体底部工作的水力机械直联拦污装置由拦污过滤部件或拦污装置组成部件上的拦污过滤界面（下面简称：拦污过滤界面）、以及附属设施组成，其中：拦污过滤部件或拦污过滤界面的类型主要有格栅式、孔板或格网式两种，格栅式拦污过滤部件或拦污过滤界面由栅条和支承梁系结构组成，其中：栅条构成格栅式拦污过滤部件或拦污过滤界面栅叶的拦污构件，支承梁系结构包括横梁、纵梁、边梁，有时还会有斜撑和连接杆系等；孔板或格网式拦污过滤部件或拦污过滤界面则分别由孔板（圆孔板、方孔板等）或格网、支承梁系结构组成，其中：孔板或格网构成孔板或格网式拦污栅栅叶的拦污构件，支承梁系结构包括横梁、纵梁、边梁，有时还会有斜撑和连接杆系等；水力机械直联拦污装置的附属设施包括拦污过滤部件或布置有拦污过滤界面的拦污装置组成部件的联接、调整及固定构件，有时还会有拦污过滤部件或拦污过滤界面保护壳体等。

传统的在流动水体底部作业的水力机械直联拦污装置在拦截污物的过程中，污物不断堆积到拦污过滤部件或拦污过滤界面前，沾附、缠绕在拦污过滤部件或拦污过滤界面上，造成拦污过滤部件或拦污过滤界面堵塞，对水流形成阻碍，使拦污过滤部件或拦污过滤界面前后的水位差增大，水力机械的工作效率降低，因此，为确保水力机械安全高效运行和拦污装置的正常工作，需适时清除拦污过滤部件或拦污过滤界面前的污物，但这也会增加水力机械的运行成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种防止在流动水体底部工作的水力机械直联拦污装置被污物沾附、缠绕的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种防止在流动水体底部工作的水力机械直联拦污装置被污物沾附、缠绕的方法，特征是：收集在流动水体底部工作的水力机械工作区域的水流流态数据资料，把组成水力机械直联拦污装置的拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施、拦污装置保护的水力机械本身作为整体，依据上述水流流态数据资料，结合水力学、摩擦学方法与原理进行设计和制作，使水力机械直联拦污装置能利用水流的作用力来克服污物与拦污装置之间的摩擦阻力，确保与水力机械直联拦污装置相接触的需要拦截的污物能被水流冲走，流向下游，而不会沾附、缠绕在水力机械直联拦污装置上，具体步骤如下：

a、首先利用水力学测量与理论计算、水力学模型试验这些手段，采集在流动水体底部工作的水力机械工作区域在工作与非工作状态下的水流流态数据资料；

b、接着根据收集到的水流流态数据资料，把组成水力机械直联拦污装置的拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施的拦污过滤栅叶的拦污构件或界面——栅条、孔板或滤网，拦污过滤部件或拦污过滤界面支承梁系结构——包括横梁、纵梁、边梁、斜撑和连接杆系这些构件，拦污过滤部件或拦污过滤界面的附属设施——包括拦污过滤部件或布置有拦污过滤界面的拦污装置组成部件的联接、调整及固定构件，以及水力机械本身，这些构件作为整体，利用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，对各构件或界面的体型、表面结构、位置关系、布置方式进行有针对性的协同设计和制作，使得处于不同水流流态的水力机械直联拦污装置各构件或界面、抑或是同一构件或界面的不同位置的水流流速矢量所产生的推力，能克服所需要拦截的污物在该处的摩擦阻力；

c、对于水力机械直联拦污装置的能顺着含有污物的水流流速矢量和水力机械要求的污物流向布置的过水构件或界面的迎水面，必须顺着含有污物的水流流速矢量和水力机械要求的污物流向布置——一般是流向下游，并利用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，再以模型试验进行验证、优化，以确定含有污物的水流流速矢量与上述水力机械直联拦污装置的过水构件或界面的表面的迎水面的夹角的取值范围，从而保证由水流流态导致的水流作用力沿上述水力机械直联拦污装置的过水构件或界面的表面的分量，大于污物在该处的摩擦阻力；对于孔板式拦污过滤部件或拦污过滤界面的孔板上的过滤孔、以及格网式拦污过滤部件或拦污过滤界面的格网上的网孔，必须利用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，以确定孔板上的过滤孔的轴线或格网上的网孔的中心线，与孔板或格网的迎水面的夹角的取值范围，以使得水流中的污物不会沾附、堵塞孔板上的过滤孔或格网上的网孔；对于水力机械直联拦污装置的由于功能和结构的需要无法顺着水流流速矢量布置的过水构件或界面，则必须对相应构件或界面的体型、位置关系、布置方式用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化，使这些构件或界面与含有污物的水流的接触界面附近，形成水流作用力沿构件或界面的表面的分量，大于污物在该处的摩擦阻力的局部水流流态，当因此而造成上述水力机械直联拦污装置的拦污过滤部件或布置有拦污过滤界面的拦污装置组成部件的支承梁系结构中的横梁、斜撑这类过水构件的形体尺寸过大，对过栅水流形成阻碍时，则应取消这些过水构件，或减少这些过水构件的数量，而通过提高栅条、孔板或格网，边梁自身的强度与刚度来保证拦污栅的结构稳定性；

d、在水力机械直联拦污装置布置区域，顺着含有污物的水流布置，且存在相互接触的交界面的拦污装置的过水构件之间，对于处于上游位置的上述过水构件迎水面的下游边界交界处，必须设计和制作成与处于下游位置的相应过水构件迎水面的上游边界交界处处于同一平面且平滑过渡，或略高于处于下游位置的相应过水构件迎水面的上游边界交界处；

e、对于水力机械直联拦污装置和拦污装置保护的水力机械本身组成的整体过水构件或界面，必须利用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，使水流在流经上述过水构件或界面附近区域时，形成的绕流，包括尾流漩涡的紊动强度控制在不会引起装有水力机械直联拦污装置的水力机械发生振动、失稳，并使河流、水渠底部河（渠）床的床面的沙砾不会被上述绕流，包括尾流漩涡卷起而吸入水力机械的工作腔体内，影响水力机械的正常作业。

水力机械直联拦污装置的拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施的各构件或布置有拦污过滤界面的拦污装置组成部件，应采用在自然水体中耐腐蚀性能较好、在同样表面特性下与污物的摩擦阻力小的材料制作，或进行防腐、防黏处理，以杜绝因水力机械直联拦污装置的各构件或界面的表面易沾黏、被锈蚀而使污物沾附、缠绕其上的现象发生；水力机械直联拦污装置的各构件或界面的过水表面，特别是迎水面上，在现场试验期间，当有因结构表面的棱角和毛刺这些因素而导致污物被挂附在其上的现象发生时，必须予以清除。

水力机械直联拦污装置的拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施中的各过水构件或界面的体型、表面结构、位置关系、布置方式，这些参数的具体取值，以及材料与表面特性，应在依据流体力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化后所确定的范围内，根据结构与工程需要选取。

本发明在对流动水体底部工作的水力机械直联拦污装置的设计和制作过程中，由于保证了包括拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施，拦污装置保护的水力机械本身在内的整个水力机械直联拦污装置处于不同水流流态的所有各构件或界面、及同一构件或界面的不同位置的水流流速矢量所产生的推力，都能克服所需要拦截的污物的摩擦阻力，从而使污物无法沾附、缠绕在水力机械直联拦污装置上，变拦污为导污。

因此，本发明具有如下优点：

1、由于与包括拦污过滤部件或拦污过滤界面、附属设施组成的整个水力机械直联拦污装置相接触的需要拦截的污物都被水流冲走，而不会沾附、缠绕在水力机械直联拦污装置上，较之传统的水力机械直联拦污装置，本发明省去了清污程序和清污费用；

2、本发明避免了因传统水力机械直联拦污装置的堵塞而导致进水口水力损失增大，从而使水力机械运行费用增加的弊端；

3、本发明避免了因进水口水压降低而加剧水力机械的空化、空蚀与振动，以及因清污而造成的机组频繁开停机，从而影响机组的使用寿命等不利因素的产生。

本发明具有很好的工业应用前景。

附图说明

图1为实施例1中本发明的主视结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4为实施例2中本发明的主视结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6为图4的c视图；

图7为图4的d视图。

具体实施方式：

下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。

实施例1：

一种防止在河流11的流动水体底部工作的水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置被污物沾附、缠绕的方法，如图1所示，包括拦污过滤部件24及其附属设施：定位构件12；拦污过滤部件24由栅条1、6、9、21、22、23，支承座19和边梁2组成。栅条1、6、9、21、22、23的上游端固定在边梁2上，下游端固定在支承座19上，拦污过滤部件24的上游端底部，通过边梁2支撑在河流11底部河床18的床面17上，拦污过滤部件24的下游通过支承座19支撑在水流能利用水轮机14的进水口20端部外缘，并通过拦污过滤部件24的安装孔13，用定位构件12将拦污过滤部件24安装在水流能利用水轮机14的进水口20前端。

拦污过滤部件24布置在处于河流11底部河床18的床面17上的水流能利用水轮机14的上游一侧的进水口20前面，河流11中的流动水体经拦污过滤部件24滤除有害污物后，由水流能利用水轮机14的进水口20进入水流能利用水轮机14进行能量交换——做功，最后由水流能利用水轮机14下游一侧的尾水管出水口15排往河流11下游。利用水力学测量、模型试验收集到的河流11、拦污过滤部件24各区域的水流流速矢量4用带箭头的线段表示，其中线段的长短定性地表示水流流速的大小，图1、2中的有害污物5、7、8、10、16、25、26分别为水流中所夹带的有害污物，有害污物5、7、8、10、16、25、26的带箭头的线段分别表示利用水力学测量、模型试验得到的这些有害污物的运动速度矢量，其中线段的长短定性地表示有害污物运动速度的大小，这些有害污物因拦污过滤部件24的阻拦而不能进入水流能利用水轮机14的进水口20内。

拦污过滤部件24的栅条1、6、9、21、22、23，边梁2两边在水中须顺着含有污物的水流流速矢量方向布置，通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，确定栅条1、6、9、21、22、23，边梁2两边的迎水面上各点的切线与河流11上该点的水流流速矢量4的夹角的取值范围，使得与栅条1、6、9、21、22、23，边梁2两边相接触的有害污物5、8、10等所受到的水流作用力沿栅条1、6、9、21、22、23，边梁2两边的迎水面上该点的切线方向的分力，大于栅条1、6、9、21、22、23，边梁2两边与有害污物5、8、10等之间的摩擦阻力。

在对边梁2上游端的迎水面的圆弧曲率、体型，以及边梁2上游端的底部与河流11底部河床18的床面17的间隙、边梁2所在平面与所在位置的水流流速矢量4的夹角进行设计和制作的时候，必须依据水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化，使边梁2上游端的迎水面与含有有害污物的水流的接触界面附近，所形成的局部绕流3的水流作用力沿该接触界面上各点的切线方向的分力，大于该接触界面与上述有害污物之间的摩擦阻力。对于支承座19，定位构件12，这些由于功能和结构的需要无法顺着水流流速矢量布置的过水构件或过水构件的部分界面，则必须对相应构件或构件的特定界面的体型、表面结构、位置关系、布置方式用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化，使这些构件或构件的特定界面与含有污物的水流的接触界面不会因有害污物沾附或缠绕而影响水流能利用水轮机正常作业。

如图1所示，拦污过滤部件24的边梁2上游端，沿水流流速矢量4的平行截面的迎水面与栅条1、6、9、21交界处的下游边界处，必须设计和制作成与栅1、6、9、21迎水面的上游边界交界处处于同一平面且平滑过渡，或略高于与栅条1、6、9、21迎水面的上游边界交界处；拦污过滤部件24的栅条1、6、9、21、22、23和边梁2的迎水面与支承座19交界处的下游边界处，必须设计和制作成与支承座19迎水面的上游边界交界处处于同一平面且平滑过渡，或略高于与支承座19迎水面的上游边界交界处。

对于栅条1、6、9、21、22、23和边梁2的下游端，必须依据水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化，将栅条1、6、9、21、22、23和边梁2的下游端，向由栅条1、6、9、21、22、23和边梁2组成的包络面向中心收缩，以使支承座19，定位构件12，水流能利用水轮机14的进水口20端部外缘的拦污过滤部件24联接处，不会被沿栅条1、6、9、21、22、23和边梁2滑动或被水流推动从附近飘过的有害污物沾附或缠绕，如图1、2、3所示。

对于水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置和拦污装置保护的水流能利用水轮机14组成的整体过水构件或界面，必须利用水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，使水流在流经上述过水构件或界面附近区域时，形成的绕流，包括尾流漩涡的紊动强度控制在不会引起装有水轮机直联格栅式拦污装置的水流能利用水轮机14发生振动、失稳，并使河流底部河床的床面的沙砾不会被上述绕流，包括尾流漩涡卷起而吸入水力机械的工作腔体内，影响水力机械的正常作业。

拦污过滤部件24的栅条1、6、9、21、22、23，边梁2，支承座19，定位构件12，应采用在自然水体中耐腐蚀性能较好、在同样表面特性下与污物的摩擦阻力小的材料制作，或进行防腐、防黏处理，以杜绝因拦污装置的各构件表面易沾黏、被锈蚀而使污物沾附、缠绕其上的现象发生；拦污过滤部件24的栅条1、6、9、21、22、23，边梁2，支承座19，定位构件12，这些构件的过水表面，特别是迎水面上，在现场试验期间，当有因结构表面的棱角和毛刺这些因素而导致污物被挂附在其上的现象发生时，必须予以清除。

本实施例所述的在河流的流动水体底部工作的水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置的拦污过滤部件24及其附属设施：定位构件12中的各过水构件或过水构件的特定界面的体型、表面结构、位置关系、布置方式，这些参数的具体取值，以及材料与表面特性，应在依据流体力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化后所确定的范围内，根据结构与工程需要选取。

在本实施例中，以水力学测量、模型试验得到的在河流11的流动水体底部工作的水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置布置区域在工作与非工作状态下的水流流态数据为依据，在对河流11中的流动水体底部工作的水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置的整体设计和制作过程中，通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，再以模型试验进行验证、优化的方法，确保了在河流11的流动水体底部工作的水流能利用水轮机直联格栅式拦污装置处于不同水流流态的所有各构件或构件的特定界面、及同一构件或构件的特定界面在不同位置的水流流速矢量所产生的推力，都能克服所需要拦截的污物的摩擦阻力，从而使污物无法沾附、缠绕在拦污装置上，变拦污为导污。

实施例2：

一种防止在水渠1的流动水体底部工作的水泵直联孔板式拦污装置被污物沾附、缠绕的方法，如图4所示，包括底座20及罩壳4，水泵9固定在底座20上（图中未示出），水泵9的进水口位于靠近底座20一端（图中未示出），罩壳4自上而下罩在水泵9上，并固定在底座20上，罩壳4上处于水泵9的进水口引水区域备有孔板式拦污过滤网11，在罩壳4垂直于水渠1底部渠床16的床面15的未布置孔板式拦污过滤网11的一面设置有导流曲面19。

装有水泵直联孔板式拦污装置的水泵9通过底座20，支撑并放置在水渠1底部渠床16的床面15上的工作区域，罩壳4的导流曲面19布置在正对水渠1来流方向的水渠1上游侧；罩壳4的孔板式拦污过滤网11布置在的水渠1下游侧和顺着水渠1水流方向流的左右两侧。水泵9启动后，水渠1中的流动水体经孔板式拦污过滤网11滤除有害污物，由水泵9的进水口（图中未示出）进入泵体（图中未示出），再从水泵9的出水口（图中未示出）泵出，输送至目标区域（图中未示出）。利用水力学测量、模型试验收集到的水渠1、罩壳4的孔板式拦污过滤网11各区域的水流流速矢量2用带箭头的线段表示，其中线段的长短定性地表示水流流速的大小，图4、5中的有害污物3、5、6、12、13、21、24、26分别为水流中所夹带的有害污物，有害污物3、5、6、12、13、21、24、26的带箭头的线段分别表示利用水力学测量、模型试验得到的这些有害污物的运动速度矢量，其中线段的长短定性地表示有害污物运动速度的大小，这些有害污物因罩壳4的孔板式拦污过滤网11的阻拦而不能进入水泵9泵体内。

水泵直联孔板式拦污装置的孔板式拦污过滤网11的左右两侧面18、底座20的左右两侧、罩壳4的顶部7、台阶面10在水中须顺着含有污物的水流流速矢量方向布置，通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，确定孔板式拦污过滤网11的左右两侧面18、底座20的左右两侧、罩壳4的顶部7、台阶面10的迎水面上各点的切线与水渠1上该点的水流流速矢量2的夹角的取值范围，使得与孔板式拦污过滤网11的左右两侧面18、底座20的左右两侧、罩壳4的顶部7、台阶面10相接触的有害污物24等所受到的水流作用力沿孔板式拦污过滤网11的左右两侧面18、底座20的左右两侧、罩壳4的顶部7、台阶面10的迎水面上该点的切线方向的分力，大于孔板式拦污过滤网11的左右两侧面18、底座20的左右两侧、罩壳4的顶部7、台阶面10与有害污物24等之间的摩擦阻力；通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，确定底座20位于水渠1来流方向的水渠1上游侧、罩壳4的导流曲面19的迎水面上各点的切线与水渠1上该点的水流流速矢量2的夹角的取值范围，使得与底座20位于水渠1来流方向的水渠1上游侧、罩壳4的导流曲面19相接触的有害污物24等所受到的水流作用力沿底座20位于水渠1来流方向的水渠1上游侧、罩壳4的导流曲面19的迎水面上该点的切线方向的分力，大于底座20位于水渠1来流方向的水渠1上游侧、罩壳4的导流曲面19与有害污物6、21等之间的摩擦阻力，并使底座20位于水渠1来流方向的水渠1上游侧、罩壳4的导流曲面19形成的绕流不会将水渠1底部渠床16的床面15的沙砾卷起而吸入水泵9的泵体内，影响水泵9正常作业；通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并以模型试验进行验证、优化，确定孔板式拦污过滤网11两侧18上的过滤孔17的轴线与孔板式拦污过滤网11两侧18的迎水面的夹角的取值范围，以使得水流中的污物不会沾附、堵塞孔板式拦污过滤网11两侧的过滤孔17。

在对罩壳4上处于水渠1下游侧的孔板式拦污过滤网11的后侧面14、孔板式拦污过滤网11的后侧面14与左右两侧面18的之间的过渡曲面23，底座20位于水渠1的下游侧，这些由于功能和结构的需要无法顺着水流流速矢量布置的过水界面的迎水面的体型进行设计和制作的时候，应同时综合考虑孔板式拦污过滤网11过滤孔17的总过水面积及孔板式拦污过滤网11过滤孔17的总过水面积在左右两侧面18、后侧面14、过渡曲面23的分布比例，并依据水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化，使上述过水界面与含有污物的水流的接触界面，和孔板式拦污过滤网11的后侧面14、过渡曲面23上的过滤孔17不被会有害污物沾附或缠绕，以及使水流在流经上述过水界面附近区域时形成的尾流漩涡的紊动强度控制在不会引起装有水泵直联孔板式拦污装置的水泵9发生振动、失稳，并使水渠1底部渠床16的床面15的沙砾不会被上述过水界面的尾流漩涡卷起而吸入水泵9的泵体内，影响水泵9正常作业。

处于水渠1上游侧的罩壳4的导流曲面19左右两侧、罩壳4的顶部7的迎水面的下游边界处，必须设计和制作成与水泵9迎水面的边界交界处处于同一平面且平滑过渡，或略高于与水泵9迎水面的的边界交界处，以免有害污物沾附或缠绕在罩壳4与水泵9的边界交界处，进而造成水泵直联孔板式拦污装置的堵塞。

水泵直联孔板式拦污装置的底座20、罩壳4，以及联接、固定构件（图中未示出），应采用在自然水体中耐腐蚀性能较好、在同样表面特性下与污物的摩擦阻力小的材料制作，或进行防腐、防黏处理，以杜绝因水泵直联孔板式拦污装置的各构件表面易沾黏、被锈蚀而使污物沾附、缠绕其上的现象发生；水泵直联孔板式拦污装置的底座20、罩壳4，这些构件的过水表面，特别是迎水面上，在现场试验期间，当有因结构表面的棱角和毛刺这些因素而导致污物被挂附在其上的现象发生时，必须予以清除。

本实施例所述的在水渠1的流动水体底部工作的水泵直联孔板式拦污装置的底座20及罩壳4中的各过水构件或过水构件的特定界面的体型、表面结构、位置关系、布置方式，这些参数的具体取值，以及材料与表面特性，应在依据水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，并通过模型试验进行验证、优化后所确定的范围内，根据结构与工程需要选取。

在本实施例中，以水力学测量、模型试验得到的在水渠1的流动水体底部工作的水泵直联孔板式拦污装置布置区域在工作与非工作状态下的水流流态数据为依据，在对水渠1中的流动水体底部工作的水泵直联孔板拦污装置的整体设计和制作过程中，通过以水力学、摩擦学原理进行初步设计和制作，再以模型试验进行验证、优化的方法，确保了在水渠1的流动水体底部工作的水泵直联孔板式拦污装置处于不同水流流态的所有各构件或构件的特定界面、及同一构件或构件的特定界面在不同位置的水流流速矢量所产生的推力，都能克服所需要拦截的污物的摩擦阻力，从而使污物无法沾附、缠绕在拦污装置上，变拦污为导污。